專項03-pH條件的控制(原卷版)

備戰(zhàn)2022年高考化學(xué)－工藝流程專項復(fù)習(xí)系列專題3－pH條件的控制一．使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀根據(jù)不同金屬陽離子完全沉淀的pH數(shù)據(jù)，改變?nèi)芤旱膒H，使之處于某范圍內(nèi)，從而使雜質(zhì)金屬離子沉淀，并確保所需要的金屬離子依舊存留在溶液中。如下圖可以明顯發(fā)現(xiàn)，不同的金屬陽離子形成難溶堿的pH范圍存在差異?！?019新課標(biāo)Ⅲ]】高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}：相關(guān)金屬離子【c0(Mn+)=0.1mol·L?1】形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為_______~6之間?！?018全國卷II】我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì)）為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：相關(guān)金屬離子【c0(Mn+)=0.1mol·L-1】形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+開始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4氧化除雜工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧氣，其后果是________________?！揪毩?xí)】硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示：“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是_______。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是______________?！揪毩?xí)】毒重石的主要成分BaCO3(含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等雜質(zhì))，實驗室利用毒重石制備BaCl2·2H2O的流程如下：已知不同雜質(zhì)離子開始沉淀和沉淀完全的pH如下：加入NH3·H2O調(diào)節(jié)pH=8可除去_______(填離子符號)，此時，溶液中該離子的濃度為_______mol·L－1。加入NaOH調(diào)pH=12.5，溶液內(nèi)剩余的陽離子中_______完全沉淀，_____________(填離子符號)部分沉淀。加入H2C2O4時應(yīng)避免過量，原因是___________________________。（已知：Ksp(BaC2O4)=1.6×10－7,Ksp(CaC2O4)=2.3×10－9,Ksp［Fe(OH)3］=2.6×10－39）【2016江蘇節(jié)選】實驗室以一種工業(yè)廢渣（主要成分為MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物）為原料制備MgCO3·3H2O。實驗過程如下：請補充完整由萃取后得到的水溶液制備MgCO3·3H2O的實驗方案：邊攪拌邊向溶液中滴加氨水，，過濾、用水洗滌固體2～3次，在50℃下干燥，得到MgCO3·3H2O。（已知該溶液中pH=8.5時Mg(OH)2開始沉淀；pH=5.0時Al(OH)3沉淀完全）二．調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，促進或抑制水解【練習(xí)1】某工廠以重晶石（主要含BaSO4）為原料，生產(chǎn)“電子陶瓷工業(yè)支柱”——鈦酸(BaTiO3)的工藝流程如下：常溫下，TiCl4為液體且易水解，配制一定濃度的TiCl4溶液的方法是?！揪毩?xí)2】某化學(xué)興趣小組以菱鐵礦（主要成分為FeCO3，含有SiO2、Al2O3等少量雜質(zhì)）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3·6H2O）的實驗過程如下：酸溶及后續(xù)過程中均需保持酸過量，其目的除了提高鐵元素的浸出率之外，還有?！揪毩?xí)3】氯化鐵是常見的水處理劑，工業(yè)上制備無水FeCl3的一種工藝如下：六水合氯化鐵在水中的溶解度如下：溫度/℃01020305080100溶解度(g/100gH2O)74.481.991.8106.8315.1525.8535.7從FeCl3溶液制得FeCl3·6H2O晶體的操作步驟是：加入少量鹽酸、、、過濾、洗滌、干燥。再由FeCl3·6H2O晶體得到無水FeCl3的操作是：。三．控制鹽的水解反應(yīng)進行的程度Fe3+、Al3+、Cr3+、Ti4+等離子由于所帶電荷數(shù)多，半徑小，易發(fā)生強烈的水解反應(yīng)。在中學(xué)教材中，對它們水解的離子方程式都做了簡化處理，如Fe3+水解：Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+其實Fe3+在溶液中的水解可以分為三步Fe3＋+H2OFe(OH)2++H＋；Fe(OH)2++H2OFe(OH)2++H＋；Fe(OH)++H2OFe(OH)3+H＋；依據(jù)人們需要可通過控制溶液的pH得到水解程度不同的產(chǎn)物?！揪毩?xí)1】煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放。實驗室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制備堿式硫酸鋁[Al2(SO4)x(OH)6—2x]溶液，并用于煙氣脫硫研究。加CaCO3調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3轉(zhuǎn)化為Al2(SO4)x(OH)6—2x。濾渣Ⅱ的主要成分為（填化學(xué)式）；若溶液的pH偏高，將會導(dǎo)致溶液中鋁元素的含量降低，其原因是（用離子方程式表示）。四．溶液的酸堿性影響離子的穩(wěn)定性和存在形式【練習(xí)】重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：步驟①的主要反應(yīng)為：FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2步驟④調(diào)濾液2的pH使之變____________（填“大”或“小”），原因是___________________（用離子方程式表示）?！揪毩?xí)】硼酸（H3BO3）是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工藝。一種以硼鎂礦（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下：根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)：H3BO3+H2OH++B(OH)?4，Ka=5.81×10?10，可判斷H3BO3是______酸；在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5，目的是_______________?！揪毩?xí)】碲(Te)為第VIA元素.其單質(zhì)和化合物在化工生產(chǎn)等方面具有重要應(yīng)用。工業(yè)上常用銅陽極泥（主要成分為Cn2Te,還含有少量的Ag、Au)為原料制備單質(zhì)碲，其工藝流程如下：已知‘浸出渣”的主要成分為TeO2?！凹訅航觥睍r控制溶液pH為4.5～5.0，酸性不能過強的原因為_______________；【2018全國Ⅲ節(jié)選】利用“KClO3氧化法”制備KIO3工藝流程如下圖所示：“調(diào)pH”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為?！揪毩?xí)】金屬釩熔點高、硬度大，具有良好的可塑性和低溫抗腐蝕性。工業(yè)常用釩爐渣(主要含F(xiàn)eO·V2O3，還有少量Al2O3、CuO等雜質(zhì))提取金屬釩，流程如圖：已知：Ⅰ.釩有多種價態(tài)，其中+5價最穩(wěn)定。釩在溶液中主要以VO和VO的形式存在，存在平衡：VO+H2O?VO+2H+。Ⅱ.部分金屬離子的沉淀pH：金屬離子Cu2+Fe2+Fe3+開始沉淀pH5.27.62.7完全沉淀pH6.49.63.7溶液1到溶液2的過程中，調(diào)節(jié)pH至8有兩個目的，一是除去___________離子，二是促使___________。五．典型高考題【2021全國乙卷26題】磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。

該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表金屬離子Fe3+Al3+Mg2+Ca2+開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全的pH3.24.711.113.8回答下列問題：（1）“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽，寫出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式_________________________________________________。（2）“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是_________________。（3）“母液①"中Mg2+濃度為_______。（4）“水浸渣”在160℃“酸溶”最適合的酸是____________?！八崛茉钡某煞质莀___________、____________。（5）“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2+水解析出沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是_________________________________________________。（6）將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經(jīng)處理得______________，循環(huán)利用。【2021遼寧卷16】從釩鉻錳礦渣(主要成分為V2O5、Cr2O3、MnO)中提鉻的一種工藝流程如下：已知：pH較大時，二價錳在空氣中易被氧化?；卮鹣铝袉栴}：（1）Cr元素位于元素周期表第_______周期_______族。（2）用FeCl3溶液制備Fe(OH)3膠體的化學(xué)方程式為___________________。（3）常溫下，各種形態(tài)五價釩粒子總濃度的對數(shù)[lgc總(V)]與pH關(guān)系如圖1。已知釩鉻錳礦渣硫酸浸液中c總(V)=0.01mol/L，“沉釩”過程控制pH=3.